大气激光光通信是以大气为信道以激光为载波进行传输信息的一种通信方式。在大气无线激光通信链路中，大气的散射和吸收会导致传输信号功率的损耗，而大气湍流会引起大气折射率的随机起伏，这种随机起伏会引起通信链路中传播的光信号的强度和相位的随机起伏，从而会导致通信链路误码率的增大，降低了通信系统性能。因此大气影响，尤其是大气湍流的影响，是阻碍大气激光通信推广应用的主要因素。本论文针对大气无线激光通信系统，深入地研究了大气湍流信道中随机光强信号的检测方法，对激光束在大气湍流信道中的传输进行了仿真和建模，并对实际的大气湍流信道进行了测量。本论文主要完成了以下四个方面的工作：（1）建立了大气激光通信链路模型，对该模型中的发射机、大气信道和接收机都做了简要讨论；从理论上分析了大气湍流的物理原理和大气湍流信道的特点，并针对不同的大气湍流强度分析了目前常用的三种大气湍流信道模型，给出了三种湍流信道模型的概率密度函数。（2）用傅立叶变换法对符合Kolmogorov理论的大气随机相位屏进行了数值模拟，利用分步传播方法对准直高斯光束穿过Kolmogorov湍流后的光强和相位进行了仿真；为了激光通信信道仿真的需要，建立了级联巴特沃斯滤波器来逼近理想高斯滤波器，对穿过大气湍流的高斯激光脉冲在时间域上的展宽行为进行建模，通过该模型将高斯脉冲的展宽与所通过的大气湍流环境参数相结合；为了仿真激光脉冲穿过大气湍流后的到达时间，通过级联数字单位延时滤波器和一个分数延时滤波器构造了一个滤波器组，由该滤波器组将湍流结构参数，平均折射率，湍流外尺度和路径长度等物理参数等结合在一起，并基于此滤波器组建立了一种具有飞秒精度的理论到达时间模型。（3）从理论上分别分析了带互阻放大器的PIN光电探测器、具有前置光学预放大的PIN光电探测器和APD光电探测器的噪声特性，并根据理论分析设计了大气激光通信实验系统和相应的实验方案。为了对大气湍流的闪烁特性进行测量和为构造随机光强信号检测算法的测试序列产生模型，分别进行了1.7公里和7.7公里大气信道测量实验。基于实验测量的信道数据对大气湍流信道特性进行了统计分析，并结合信道仿真数据构造了针对APD探测系统的随机光强信号检测算法的测试序列产生模型，给出了模型的框图。（4）针对最大似然序列检测算法复杂度高和基于信道估计的最大似然检测算法存在误差这两个问题，研究了相应的解决方法。针对运行在对数正态退化和高信噪比信道中的大气激光通信系统提出了一种闭式次最优最大似然序列检测算法，同时推导得到了该算法的低复杂度简化算法。通过构造的随机光强信号检测算法的测试序列产生模型和蒙特卡洛方法对算法的误码率性能进行了分析，并在PC机平台和TMS320DM642DSP平台上对算法的运算速度进行了测试；为了缓解估计的信道退化系数和完全的信道退化系数之间的误差对误码率的影响，定义了一种对估计误差进行平均的先验条件概率密度函数，并针对运用引导符号辅助调制的大气激光通信系统，提出了一种改进的最大似然逐符号检测算法。为了降低复杂度，利用分布近似函数推导了闭式次最优改进的最大似然检测算法。基于构造的随机光强信号检测算法的测试序列产生模型和蒙特卡洛方法对所提出算法的误码率性能进行了分析和对比。大气湍流信道建模仿真技术和随机光强信号检测技术对无线大气激光通信系统的研制是很重要的，本论文研究了当前无线大气激光通信领域中主要的光强信号检测算法，为接收机中信号检测系统的设计提供了重要的理论依据，因此本文的研究成果具有重要的指导意义和参考价值。